1.3. Осветление обработанной воды

1.3.1. Функции осветлителя

Хорошее функционирование очистных сооружений с использованием активного ила требует тщательного отделения обработанной воды от массы ила для того, что­бы на выходе получить осветленную воду, соответствующую нормам сброса загряз­нений. Разделение твердой и жидкой фаз традиционно выполняется осаждением под действием силы тяжести во вторичном отстойнике, или осветлителе, даже если возможно применение друг их (более дорогостоящих) технологий, таких как флотация.

Таким образом, осветлитель является существенной частью системы очистки сточных вод с использованием активного ила. Он должен выполнять одно­временно три функции:

функция осветления: получение осветленной обработанной воды с содер­жанием ВВ, как правило, менее 20-30 мг/л, т. е. с эффективностью осветления выше 98 %;

функция сгущения: получение непрерывного потока концентрированного активного ила для его возврата в биологический реактор и для обеспечения в нем заданной концентрации биомассы;

функция накопления: накопление дополнительной массы ила (осадка), воз­никающей при кратковременной гидравлической перегрузке (в частности, в дождливый период).

В случае невыполнения хотя бы одной из этих функций частицы осадка будут вы­носиться из осветлителя вместе с выходящей водой, что вызовет двоякие по­следствия: ухудшение качества очищенной воды по ВВ, ХПК, ВПК, содержанию азо­та и фосфора и снижение эффективности биологической обработки вследствие не­управляемого снижения концентрации активного ила в аэротенке.

Выполнение осветлителем трех вышеназванных функций зависит от различных факторов. Наиболее важные из них при расчете его параметров — расход поступа­ющей на очистку сточной воды и характеристики получаемого осадка (его способ­ность к отстаиванию и сгущению). Другие факторы, такие как гидравлические и фи­зические характеристики сооружений, конструкция зоны дегазации между биоло­гическим реактором и осветлителем, особенно для реакторов большой глубины (свыше 7 м), также играют роль, в частности, для получения более низкой концен­трации ВВ в очищенной воде.

1.3.2. Расчет параметров осветлителя

Расчет параметров вторичного отстойника возможен при наличии следующих данных: площадь сооружения, глубина сооружения и скорость рециркуляции ила.

Общие правила расчета, приведенные ниже, согласуются с рекомендациями по ATV (нем. Abwassertechnischen Vereinigung e.V., версия 2000). Эти правила приме­няются как для круглых, так и для прямоугольных осветлителей. Тем не менее, опыт показывает, что гидравлические характеристики прямоугольного сооружения усту­пают характеристикам круглого сооружения, и поэтому в его расчете должен вво­диться некоторый коэффициент запаса.

■ Площадь сооружения

Площадь осветлителя определяется исходя из гидравлической нагрузки, м³/(м² • ч), обычно называемой восходящей скорос­тью V_a , м/ч, и определяемой по формуле

где:

C_ya — концентрация ВВ на входе в осветлитель, г/л;

|_в — иловый индекс, мл/г (объем ила VD30, содержащий 1 г ВВ, после 30 мин от­стаивания 1 л образца в мерном стакане и такого возможною разбавления, чтобы он был в интервале 100 300 мл — см. гл. 3, п. 3.1.3.3). Иловый индекс l₀ эквивален­тен показа1елю DSV1 (от англ. diluted sludge volume index — объемный индекс жидкого осадка), часто используемого во многих англоязычных странах.

Минимальная необходимая площадь отстойника м². определяется по фор­муле:

где О_с — предельно допустимый расход подлежащей обработке сточной воды, рав­ный максимальному расходу при сухой погоде или во время дождей, в зависимости о г конкретного случая, м³/ч.

Из приведенных формул следует, что площадь сооружения будет тем больше, чем выше расчетное значение илового индекса и/или концентрация ила в аэротенке. И наоборот, объем аэротенка будет тем меньше, чем выше концентрация актив­ного ила в нем. Поэтому имеет смысл проводить расчет экономической оптимиза­ции для сочетания аоротенк-осветлитель путем варьирования концентрации С_Dа.

При расчете параметров осветлителя основной целью является получение со­держания ВВ в воде на выходе из очистных сооружений менее 20 мг/л и хорошо сфлокулированного осадка. Следует, однако, заметить, что содержание ВВ связано не только с восходящей скоростью и индексом I_B, но и с конструктивными особен­ностями осветлителя и со структурой флокул осадка.

Зная о том. как сложно предвидеть характеристики флокуляции осадка (завися­щие от создаваемых для бактерий экологических условий), трудно определить с достаточной точностью эффективность работы вторичного отстойника как осветли­теля и, следовательно, реальную концентрацию ВВ в очищенной воде, которая в любом случае должна быть в интервале 5-30 мг/л.

■ Глубина сооружения

Глубина осветлителя также в большой мере определяет его эффективное функ­ционирование. Она устанавливается по эмпирическим правилам и на основе следу­ющего принципа: по высоте сооружение разделяется на четыре последовательные зоны, каждая из которых выполняет свою функцию (рис. 11):

h, — зона осветленной воды;

h₂ — зона разделения или свободного осаждения;

h₃ — зона накопления осадка (резерв для дождливой погоды), размер которой

соответствует потоку разбавленной иловой смеси из аэротенка;

h₄ — зона сгущения и извлечения осадка.

Сумма четырех величин h_m = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ представляет общую глубину соору­жения. Для круглого сооружения с наклонным дном она соответствует высоте, из­меренной на расстоянии 1|3 радиуса от внешней стенки.

На практике высоту h₁ принимают равной 0,50 м. Высоты h₂, h₃ и h₄ рассчитывают для максимального расхода сточных вод и соответствующего расхода рециркуля­ции. Они зависят также от концентрации ила C_ba и индекса 1_в. Кроме того, высота h₄ связана с максимальным временем пребывания сгущаемого осадка t_th в осветлите-

ле, которое составляет 1,0-2,5 ч в зависимости от параметров функционирования сооружений биологической обработки.

Общая высота осветлителя h_m никогда не должна быть менее 3 м для сооруже­ний диаметром 20 м и более. При диаметре меньше 20 м высота h_m должна превы­шать 2,5 м.

■Степень рециркуляции

Максимальную концентрацию ила у дна осветлителя C_brmax, г/л, определяют по формуле

С_brmах =(1000|I_B)√

Величина С_Ьг позволяет рассчитать минимальную степень рециркуляции ила R_min в зависимости от различных гидравлических режимов по формуле R^,,, = = Cba/(C_hrmax - Сьа). В полученную величину рекомендуется ввести коэффициент за­паса, чтобы учесть эффект разбавления ила водой в процессе его забора из освет­лителя (скребковой системой или илососом).

Учитывая, что величина расхода поступающей на очистные сооружения сточной воды колеблется в течение суток между минимальным и максимальным значения­ми, расход рециркуляции ила должен по возможности регулироваться в определен­ном диапазоне, и поэтому выбор насосного оборудования должен обеспечивать такую гибкость функционирования.

■Практическое применение

Понятие массовой нагрузки, хотя оно и не упоминалось явно в правилах расчета параметров ATV, также должно учитываться при расчете функционирования освет­лителя. Массовая нагрузка соответствует общему количеству ВВ, поступающих

Величина нагрузки	Концентра- ция ила. г/л	Гц, мл/г	Восхолощзя CКOPOCTЬ. м/ч		Массовая нагрузка. кг/{>^ ■ ч)		Глубина сооружении flm.M
			средняя	максимальная	средняя	максимальная
Средняя	2.5	180	0,5	1,10	2,20	4.80		3.80
Низкая	4	150	0.4	0.80	3.40	5.80		4,35
Низкая с дополнительной дефосфатацией	4,5	130	0,4	0,85	3,90	6.70		4,10

в осветлитель (включая рециркуляцию), в расчете на единицу площади отстаивания и выражается в килограммах ВВ в час на квадратный метр [кг ВВ/(м²∙ ч)].

В табл. 3 приведены типичные условия функционирования осветлителей и их глу­бина, рекомендуемые для различных режимов работы сооружений биологической очистки сточных вод активным илом.